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1、CN 114362693 A说明书1/11 页交流小信号驱动射频微波放大器技术领域0001本创造属于电子学技术的射频微波放大器技术领域，涉及一种利用交流小信号直接 驱动的射频微波放大器，基于阈值电压以下晶体管的栅源电容和第一电感构成谐振选频网络。背景技术0002放大器是电子学中的基本器件，其主要功能是对输入小信号的幅度进行放大后输出。 在无线电日益开展的今天，射频微波放大器成为广泛使用的电子器件。现有常温工作的射频微波放 大器主要分为两类，其中一类以晶体管电路为基础，可称为晶体管放大器；另外一类以变容二极管 为基础，称为参量放大器。对于以变容二极管为基础的常温参量放大器，其工作主要利用时变 电
2、抗参量来实现负阻放大，而对变容二极管而言，时变电抗的驱动必须依赖幅度大、频率高 （通常是工作频率的2倍）的本地泵浦来实现，导致该泵浦不易获得，使该类放大器应用极 为有限。0003因此现有工作在射频微波频段的放大器多为晶体管放大器，该类放大器的工作以晶 体管的电流电压特性为基础，工作时需要设置直流偏置工作点（或称静态工作点），目的在于 将晶体管偏置于线性放大区。从能量的角度而言这类依赖直流偏置工作的放大器是将直流能量 转化为微波能量的器件。基于此，现有电子学体系几乎完全建立在以直流电为基础的器件和 设备之上。然而对于现存工作频率为50赫兹的交流市电，要获取电子设备所需要的直流电源, 必须经过各种
3、交直流转换。假设需要获得射频能量，以现有微波放大器的工作方式为例，需要先把 交流市电转换成直流电，再将直流能量转换为射频微波能量，在此过程中存在两次能量转换损失, 并且转换装置也会带来本钱开销。创造内容0004针对上述射频微波放大器在交直流转换中的能量损耗问题，本创造提出一种利用交 流小信号直接驱动的射频微波放大器，在晶体管的阈值电压以下，利用交流小信号（如工频信 号）对晶体管的等效电抗进行时变驱动，利用该时变驱动实现参量放大，不需要经过交直流转 换，消除了能量转换损失，也节省了设置转换装置的本钱。0005本创造提出的射频微波放大器，使用单只晶体管能够在交流小信号的半个周期内实 现放大，利用两
4、只晶体管能够实现全周期内放大，下面分别描述这两种技术方案。0006本创造采用单只晶体管实现半周期放大的技术方案为：交流小信号驱动射频微波放大器，所述射频微波放大器在所述交流小信号工作周 期的半周期内工作，所述交流小信号的频率低于射频微波放大器输入信号频率的十分之一； 所述射频微波放大器包括晶体管、第一电感、第一选频网络、第二选频网络和馈电网 络；利用晶体管的寄生栅源电容、栅漏电容或漏源电容与第一电感串联或并联构成谐振选频 网络，设置晶体管的寄生栅源电容、栅漏电容或漏源电容的电容值C和第一电感的电感12CN 114362693 A说明书10/11 页接功率合成器的第二个输入端。0066第一个射频
5、微波放大单元在工频周期的正半周工作，其电路结构如图1、践、图Z、 图8、图13、图14所示。当晶体管寄生漏源电容与第一电感串联时，如图18所示，晶体管FET1 的源极通过第一电感L1接地，漏极连接馈电网络；第一选频网络为栅极选频网络1,其输入端 连接功率分配器的第一个输出端，其输出端连接晶体管FET1的栅极；第二选频网络是漏极选 频网络，其输入端连接高通支路的输出端，其输出端连接功率合成器的第一个输入端。0067第二个射频微波放大单元在工频周期的负半周工作，其电路结构入图3、图4、图9、 图10、图15、图16所示。当晶体管寄生漏源电容与第一电感串联时，如图18所示,晶体管FET2 的漏极接地
6、，源极通过第一电感L2连接馈电网络；第一选频网络为栅极选频网络2,其输入 端连接功率分配器的第二个输出端，其输出端连接晶体管FET2的栅极;第二选频网络是源 极选频网络，其输入端连接高通支路的输出端，其输出端连接功率合成器的第二个输入端。 0068 50Hz工频信号经过两个射频微波放大单元的馈电网络中低通支路分别输入到晶 体管FET1的漏极和FET2的源极，低通支路包括一个第二电感和一个第一电容，两个射频微 波放大单元的低通支路可共用第一电容。0069图5、蠹、图11、图12、图17、图18所示电路结构的工作过程为：射频微波放大器输入 信号进入功率分配器后被分为两局部，比方可以分为等功率的两局
7、部，其中一局部进入第 一个射频微波放大单元，由栅极选频网络1在工作频段内进行阻抗匹配后，馈入晶体管 FET1的栅极，然后输入小信号在晶体管FET1内被放大，被放大的信号通过馈电网络只能由 馈电网络的高通支路流出，由高通支路流出的信号由漏极选频网络进行阻抗匹配后送入输出 功率合成器。另一局部进入第二个射频微波放大单元，由栅极选频网络2在工作频段内进行阻 抗匹配后，馈入晶体管FET2的栅极，然后输入小信号在晶体管FET2内被放大，被放大的信号 通过馈电网络只能由馈电网络的高通支路流出，由高通支路流出的信号由源极选频网络进行 阻抗匹配后送入输出功率合成器。同时两只晶体管的工频驱动由馈电网络的低通支路
8、馈入晶 体管FET1和晶体管FET2,受晶体管电容/电压特性决定，在如图19、霞0中A所示的正弦偏置 电压驱动下，当偏置电压VdsWV时，在工频周期的接近正半周内，晶体管FET1可以放大工作, 在工频周期的接近负半周内，晶体管FET2可以放大工作，两只晶体管的输出信号由功率合成 器合成后输出，因此整个电路结构的射频微波放大器可以在全工频周期内工作。0070需要注意，当Vds时，图5、爵、图11、图12、图17、图18所示电路结构与传统放大 器电路的特性相同，这极大的提高了放大电路的动态范围。0。71综上所述，本创造提供的交流小信号驱动射频微波放大器，通过晶体管寄生栅源电容、 栅漏电容或漏源电容
9、与第一电感并联或串联构成谐振选频网络，在工频正半周、负半周和全工 频周期内工作的多种结构都可以直接利用交流小信号驱动实现放大工作，具有工频直接驱动、 结构简单等特点，可广泛应用于各种电子技术的无线电系统中。与传统需要直流电源做静态偏 置的放大器不同的是，本创造提出的六种放大器结构均可直接利用工频电源进行动态偏置， 从而实现工频直接驱动放大器工作，方便地直接使用电力电网实现无线放大器的能源供给。0072结合前面的讨论，本创造提供的交流小信号驱动射频微波放大器，对驱动电压的大小 并没有严格的要求，当工频驱动电压的大小仅为0V时放大器也能放大工作，而0.1VCN 114362693 A 说明书 11
10、/11 页 的电压在电力电网上可轻易获取，这为该类放大器的应用提供了极大的方便。即使作为偏置 的工频电压幅度高于晶体管的阈值电压，该放大器也能放大工作，究其原因，此时的放大器 相当于工作在偏置电压变化的正常放大区，从而使得本创造提供的交流小信号驱动射频微 波放大器可以在较宽的偏置电压幅度范围内工作，特别适于电网应用。0073本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本创造 的原理，应被理解为本创造的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技 术人员来说，本创造可以有各种更改和变化。凡在本创造的精神和原那么之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在
11、本创造的权利要求范围之内。21CN 114362693 A说明书附图1/10 页输入费VW50Hz工频强动输入 O输入厮 L厂一棚板送频，1b 网络FET扁极选频网络输出端O122CN 114362693 A50H江痢叵动输入O输入端源极选 级网络O输出端输入端棚板选负网络2频网络源极速频网络。50用工须要动输入CN 114362693 A说明书附图3/10 页CN 114362693 A说明书附图4/10 页图10CN 114362693 A说明书附图5/10 页图12CN 114362693 A说明书附图6/10 页低通50Hz工频建魂翁入 O输入端O-栅极选频网络L高通图13低通输入端O
12、-栅极选频网络FET高通图14输入端O-栅极选频网络低通JD图15漏极选频网络输出端-OSOHZ工频驱动输入 O频网络输出端O50Hz工频建魂翁入 O源极选 频网络输出端-OCN 114362693 A说明书附7/10 页低通输入塞图16O输入瑞O-图17CN 114362693 A说明书附图8/10 页图18129CN 114362693 A说明书2/11 页值L满足aa，设置所述第一选频网络和第二选频网络的工作频率等于为所述射频微波放大器输入信号的角频率；所述第一选频网络的输入端连接所述射频微波放 大器输入信号，其输出端连接所述晶体管的栅极；所述馈电网络包括高通支路和低通支路，所 述晶体管
13、的漏极和源极中一端接地，另一端连接所述馈电网络中高通支路的输入端和低通支路 的输出端；所述低通支路的输入端连接所述交流小信号，所述高通支路的输出端连接所述第二 选频网络的输入端，所述第二选频网络的输出端作为所述射频微波放大器的输出端。0007假设采用晶体管的寄生栅源电容与第一电感构成谐振选频网络，当寄生栅源电容与第 一电感串联时，第一电感接在所述晶体管的栅极和所述第一选频网络的输出端之间，所述晶 体管的源极接地，其漏极连接所述馈电网络，所述射频微波放大器在所述交流小信号工作周 期的正半周期内工作；假设采用晶体管的寄生栅漏电容与第一电感构成谐振选频网络，当寄 生栅漏电容与第一电感串联时，所述晶体
14、管的源极接地，其漏极通过第一电感后连接所述馈电网 络，所述射频微波放大器在所述交流小信号工作周期的正半周期内工作；假设采用晶体管的寄 生漏源电容与第一电感构成谐振选频网络，当寄生漏源电容与第一电感串联时，所述晶体管 的源极通过第一电感后接地，其漏极连接所述馈电网络，所述射频微波放大器在所述交流小信 号工作周期的正半周期内工作。0008 假设采用晶体管的寄生栅源电容与第一电感构成谐振选频网络，当寄生栅源电容与 第一电感并联时，第一电感一端连接晶体管的栅极，另一端连接晶体管的源极，所述晶体管的源 极接地，其漏极连接所述馈电网络，所述射频微波放大器在所述交流小信号工作周期的正半周 期内工作；假设采用
15、晶体管的寄生栅漏电容与第一电感构成谐振选频网络，当寄生栅漏电容与第 一电感并联时，所述晶体管的漏极连接第一电感的一端并接地，其源极连接所述馈电网络，第 一电感的另一端连接晶体管的栅极，所述射频微波放大器在所述交流小信号工作周期的负半周 期内工作；假设采用晶体管的寄生漏源电容与第一电感构成谐振选频网络，当寄生漏源电容与第 一电感并联时，所述晶体管的源极连接第一电感的一端并接地，其漏极连接第一电感的另一 端和所述馈电网络，所述射频微波放大器在所述交流小信号工作周期的正半周期内工作。0009具体的，所述低通支路包括第二电感和第一电容，第二电感的一端作为所述低通支路 的输入端并通过第一电容后接地，其另
16、一端作为所述低通支路的输出端；所述高通支路包括 第三电感和第二电容，第二电容的一端作为所述高通支路的输入端，其另一端作为所述高通 支路的输出端并通过第三电感后接地。0010 具体的，所述交流小信号为工频信号。0011本创造采用两只晶体管实现全周期放大的技术方案为：交流小信号驱动射频微波放大器，所述射频微波放大器在交流小信号工作周期的 全周期内工作，所述交流小信号的频率低于射频微波放大器输入信号频率的十分之一；所述射频微波放大器包括功率分配器、功率合成器和两个射频微波放大单元，所述 功率分配器用于将所述射频微波放大器输入信号分为两个信号后分别连接至两个所述射 频微波放大单元的输入端，所述功率合成
17、器用于将两个所述射频微波放大单元的输出信号合 为一个信号后作为所述射频微波放大器的输出信号；CN 114362693 A说明书附图9/10 页CdsD正半周期工作时漏源电硒变特性电容8寸变特性电答时变特性图19CN 114362693 A说明书附图10/10 页CdgICdsB正半周期工作时漏栅电答时变特性D正半周期工作时漏源电硒变特性电容8寸变特性电答时变特性图2021CN 114362693 A说明书3/11 页每个所述射频微波放大单元包括晶体管、第一电感、第一选频网络、第二选频网络和 馈电网络，所述第一电容为晶体管自身寄生的栅源电容、栅漏电容或漏源电容；利用晶体管的寄 生栅源电容、栅漏电
18、容或漏源电容第一电感串联或并联构成谐振选频网络，设置晶体管的寄 生栅源电容、栅漏电容或漏源电容的电容值C和第一电感的电感值L满足 3s =矗，设置所述第一选频网络和第二选频网络的工作频率等于3s/2兀，3$为所述射 频微波放大器输入信号的角频率;所述第一选频网络的输入端连接所述射频微波放大器输 入端,其输出端连接所述晶体管的栅极;所述馈电网络包括高通支路和低通支路，所述低通 支路的输入端连接所述交流小信号，所述高通支路的输出端连接所述第二选频网络的输入 端，所述第二选频网络的输出端作为所述射频微波放大器的输出端。0012第一个所述射频微波放大单元中，晶体管的源极接地，晶体管的漏极连接所述高通
19、支路的输入端和所述低通支路的输出端，在所述交流小信号工作周期的正半周期内工作；第二个所述射频微波放大单元中，晶体管的漏极接地，晶体管的源极连接所述高 通支路的输入端和所述低通支路的输出端，在所述交流小信号工作周期的负半周期内工作。 0013所述射频微波放大单元中，当利用晶体管寄生栅源电容与第一电感串联构成谐振选 频网络时，第一电感接在所述晶体管的栅极和源极之间；当利用晶体管寄生栅漏电容与第一电 感串联构成谐振选频网络时，第一个所述射频微波放大单元中晶体管的漏极通过第一电感后连 接所述高通支路的输入端和所述低通支路的输出端，第二个所述射频微波放大单元中晶体管 的漏极通过第一电感后接地；当利用晶体
20、管寄生漏源电容与第一电感串联构成谐振选频网络 时，第一个所述射频微波放大单元中晶体管的源极通过第一电感后接地，第二个所述射频微 波放大单元中晶体管的源极通过第一电感后连接所述高通支路的输入端和所述低通支路的 输出端。0014所述射频微波放大单元中，当利用晶体管寄生栅源电容与第一电感并联构成谐振选 频网络时，第一电感接在所述晶体管的栅极和第一选频网络的输出端之间；当利用晶体管寄 生栅漏电容与第一电感并联构成谐振选频网络时，第一个所述射频微波放大单元中晶体管的 漏极连接第一电感的一端以及所述高通支路的输入端和所述低通支路的输出端，翳-电感的 另一端连接晶体管的栅极；第二个所述射频微波放大单元中晶体
21、管的漏极连接第一电感的一 端并接地，第一电感的另一端连接晶体管的栅极；当利用晶体管寄生漏源电容与第一电感并 联构成谐振选频网络时，第一个所述射频微波放大单元中晶体管的源极通过第一电感后接地, 第二个所述射频微波放大单元中晶体管的源极通过第一电感后连接所述高通支路的输入端和 所述低通支路的输出端。0015具体的，两个所述射频微波放大单元中的高通支路结构相同，所述高通支路包括第三 电感和第二电容，第二电容的一端作为所述高通支路的输入端，其另一端作为所述高通支路 的输出端并通过第三电感后接地；两个所述射频微波放大单元中的低通支路都包括第二电感和第一电容，且两个所 述射频微波放大单元共用第一电容，第一
22、电容的一端接地，另一端连接所述交流小信号并分 别连接两个所述射频微波放大单元中第二电感的一端，第一个所述射频微波放大单元中CN 114362693 A说明书Qs越第二电感的另一端作为第一个所述射频微波放大单元的低通支路输出端，第二个所述射频 微波放大单元中第二电感的另一端作为第二个所述射频微波放大单元的低通支路输出端。 0016具体的，所述交流小信号为工频信号。0017具体的，所述功率分配器将所述射频微波放大器输入信号分成等功率的两个信号。 0018本创造的有益效果为：首先，本创造利用晶体管在阈值电压以下的电抗非线性进行参量放大，有效防止了 参量放大器需要高频、高功率泵浦的要求，直接利用交流小
23、信号即可驱动实现放大工作，具有 工频直接驱动、结构简单等特点，可广泛应用于各种电子技术的无线电系统中，尤其适用于小功 率工频做放大驱动。0019其次，由于不需要进行交直流转换，有效解决了直流偏置放大器交直流转换的能量损 耗大、电路复杂等问题，可节省充电设备的本钱开销，同时为高压交流电力传输线直接使用无 线电电子设备提供了能源基础。0020再者，本创造给出了在交流小信号的正半周、负半周和全周期内工作的三种射频微波 放大器结构，应用灵活且适用范围广。0021最后，本创造的泵浦频率可远低于输入信号频率，且对驱动电压的大小也没有严格的 要求，即使工频驱动电压较小，或作为偏置的工频电压幅度高于晶体管的阈
24、值电压，本创造提出 的放大器也能放大工作，使得本创造特别适于电网应用。附图说明0022下面的附图有助于更好地理解下述对本创造不同实施例的描述，这些附图示意性地 示出了本创造一些实施方式的主要特征。这些附图和实施例以非限制性、非穷举性的方式提 供了本创造的一些实施例。为简明起见，不同附图中具有相同功能的相同或类似的组件或结构 采用相同的附图标记。0023图1为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅源电容与第 一电感并联构成谐振选频网络，在正工频周期工作的一种实现电路示意图。0024图2为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅源电容与第 一电感串联构成谐振选
25、频网络，在正工频周期工作的一种实现电路示意图。0025图3为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅源电容与第 一电感并联构成谐振选频网络，在负工频周期工作的一种实现电路示意图。0026图4为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅源电容与第 一电感串联构成谐振选频网络，在负工频周期工作的一种实现电路示意图。0027图5为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅源电容与第 一电感并联构成谐振选频网络，在全工频周期工作的一种实现电路示意图。0028图6为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅源电容与第 一电感串联构成谐振选
26、频网络，在全工频周期工作的一种实现电路示意图。0029图7为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅漏电容与第 一电感并联构成谐振选频网络，在正工频周期工作的一种实现电路示意图。0030图8为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅漏电容CN 114362693 A说明书5/11 页与第一电感串联构成谐振选频网络，在正工频周期工作的一种实现电路示意图。0031图9为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅漏电容与第 一电感并联构成谐振选频网络，在负工频周期工作的一种实现电路示意图。0032图10为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利
27、用晶体管寄生栅漏电容与 第一电感串联构成谐振选频网络，在负工频周期工作的一种实现电路示意图。0033图11为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅漏电容与 第一电感并联构成谐振选频网络，在全工频周期工作的一种实现电路示意图。0034图12为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生栅漏电容与 第一电感串联构成谐振选频网络，在全工频周期工作的一种实现电路示意图。0035图13为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生漏源电容与 第一电感并联构成谐振选频网络，在正工频周期工作的一种实现电路示意图。0036图14为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放
28、大器，利用晶体管寄生漏源电容与 第一电感串联构成谐振选频网络，在正工频周期工作的一种实现电路示意图。0037图15本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生漏源电容与第 一电感并联构成谐振选频网络，在负工频周期工作的一种实现电路示意图。0038图16为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生漏源电容与 第一电感串联构成谐振选频网络，在负工频周期工作的一种实现电路示意图。0039图17为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器，利用晶体管寄生漏源电容与 第一电感并联构成谐振选频网络，在全工频周期工作的一种实现电路示意图。0040图18为本创造提出的交流小信号驱动射频
29、微波放大器，利用晶体管寄生漏源电容与 第一电感串联构成谐振选频网络，在全工频周期工作的一种实现电路示意图。0041图19为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器中晶体管放大器的时变电容/ 电压曲线图之一。0042图20为本创造提出的交流小信号驱动射频微波放大器中晶体管放大器的时变电容/ 电压曲线图之二。具体实施方式0043为了使本创造的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本创造进行详细 地说明。显然，所描述的实施例仅是本创造一局部实施例，而不是全部的实施例。基于本创造中 的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属 于本创造保护的范围。0044
30、本创造提出的射频微波放大器能够利用交流小信号直接驱动，而不需要进行交直流 转换，其中交流小信号是频率低于射频微波放大器输入信号频率十分之一的信号，如可以采 用50赫兹的工频信号或其他合适信号作为驱动输入。0045本创造提出的射频微波放大器基于阈值电压以下晶体管寄生栅源电容、栅漏电容或漏 源电容呈强非线性的特点，利用阈值电压以下晶体管寄生栅源电容、栅漏电容或漏源电容与 第一电感串联或并联构成谐振选频网络，晶体管为能在射频微波频段工作的晶体管，如场 效应晶体管或其它种类的满足条件的晶体管。如图1、静、障所示是将栅源电容与第一电感 并联构成谐振选频网络的结构示意图，晶体管的栅极连接第一电感一端，晶体
31、管CN 114362693 A说 出艮书6/11 页的源极连接第一电感的另一端，如图2、图1、图所示是将栅源电容与第一电感串联构成谐 振选频网络的结构示意图，第一电感接在晶体管的栅极和第一选频网络的输出端之间。使用 单只晶体管能够在交流小信号的半个周期内（包括正半周期和负半周期）实现放大，利用两 只晶体管能够实现全周期内放大。如图7、初、图11所示是将栅漏电容与第一电感并联构成 谐振选频网络的结构示意图，晶体管的栅极连接第一电感一端，晶体管的漏极连接第一电感 的另一端，如图8、图10、图12所示是将栅漏电容与第一电感串联构成谐振选频网络的结构 示意图，晶体管的漏极通过第一电感后接地或接馈电网络
32、。使用单只晶体管能够在交流小信 号的半个周期内（包括正半周期和负半周期）实现放大，利用两只晶体管能够实现全周期内 放大。如图13、图15、图17所示是将漏源电容与第一电感并联构成谐振选频网络的结构示意 图，晶体管的源极连接第一电感一端，晶体管的漏极连接第一电感的另一端，如图14、图16、图18所示是将漏源电容与第一电感串联构成谐振选频网络的结构示意图，晶体管 的源极通过第一电感后接地或接馈电网络。使用单只晶体管能够在交流小信号的半个周期内 （包括正半周期和负半周期）实现放大，利用两只晶体管能够实现全周期内放大。0046下面分别说明正负半周期和全周期的三种情况，实施例中交流小信号采用50Hz工频
33、 信号为例进行说明。0047如图1、融、图/、邮、图13、图14所示是射频微波放大器在工频周期的正半周工作的 电路结构，晶体管的源极接地，漏极连接馈电网络，第一选频网络为栅极选频网络，第二选频网 络为漏极选频网络。栅极选频网络的输入端连接射频微波放大器输入信号，其输出端输出的信 号连接晶体管的栅极。这里的连接包括直接连接和间接连接，假设利用晶体管寄生栅源电容与 第一电感串联构成谐振选频网络时，栅极选频网络的输出端通过第一电感后连接晶体管的栅 极，为间接连接；假设利用晶体管寄生栅源电容与第一电感并联构成谐振选频网络时，栅极选频 网络的输出端直接连接晶体管的栅极；漏极选频网络的输入端连接馈电网络中
34、高通支路的输 出端，其输出端作为射频微波放大器的输出端。假设利用晶体管寄生栅漏电容与第一电感串联 构成谐振选频网络时，晶体管的漏极通过第一电感连接馈电网络，为间接连接；假设利用晶体 管寄生栅漏电容与第一电感并联构成谐振选频网络时，第一电感连接于晶体管的栅极和漏极之 间。假设利用晶体管寄生漏源电容与第一电感串联构成谐振选频网络时，晶体管的源极通过第一 电感接地；假设利用晶体管寄生漏源电容与第一电感并联构成谐振选频网络时，第一电感连接于 晶体管的源极和漏极之间。漏极选频网络的输入端连接馈电网络中高通支路的输出端，其输出 端作为射频微波放大器的输出端。0048 馈电网络包括高通支路和低通支路，低通支
35、路的输入端连接交流小信号，本实施例 中为50Hz工频信号作为驱动输入，低通支路允许交流小信号通过并输出到晶体管，高通支路允 许射频微波放大器输入信号经过放大后的信号通过并输出到第二选频网络。附图中给出了馈电网 络的一种实现结构，当然其他允许高频信号通过和允许低频信号通过的结构构成的馈电网络也 能够应用于本创造中，本实施例中低通支路包括第二电感和第一电容，第二电感的一端作为 低通支路的输入端连接50Hz工频信号并通过第一电容后接地，其另一端作为低通支路的输出 端连接晶体管漏极；高通支路包括第三电感和第二电容，第二电容的一端作为高通支路的输 入端连接晶体管漏极，其另一端作为高通支路的输出端连接第二
36、选频网络输入端并通过第三 电感后接地。0049 本创造所述射频微波放大器在工频周期的正半周工作的工作过程为：射频微波放CN 114362693 A说 出艮书7/11 页大器输入信号经第一选频网络（即栅极选频网络）在工作频段内进行阻抗匹配后馈入晶体 管的栅极，然后输入小信号在晶体管内被放大，被放大的信号通过馈电网络只能由馈电网络 的高通支路流出，由高通支路流出的信号由第二选频网络（即漏极选频网络）进行阻抗匹配 后送出射频微波放大器，同时射频微波放大器的工频驱动由馈电网络的低通支路馈入晶体管。 受晶体管电容/电压特性决定，图1所示结构的电路仅在工频周期的正半周工作，具体说明如 下：在如图19A、触
37、0A所示的正弦偏置电压驱动下，当偏置电压VpsWVt时，其中九为晶 体管阈值电压，此时晶体管的栅极源极之间的电容/电压特性如图19中A和图20中B所示，在 偏置电压的正半周，栅源电容Cgs呈强烈的非线性变化；晶体管的栅极漏极之间的电容/电压 特性如图20中B所示，在偏置电压的正半周，漏栅电容Cds呈强烈的非线性变化；晶体管的漏 极源极之间的电容/电压特性如图19、陞0中D所示，在偏置电压的正半周，漏源电容，口$呈强 烈的非线性变化；。E0050 本创造与现有射频微波参量放大器的区别在于，现有射频微波参量放大器的泵浦 频率约为输入信号频率的二倍，而本创造的泵浦频率可远低于输入信号频率，即可低于输
38、入信 号频率的十分之一，如50Hz的工频频率。事实上，对于一个非线性器件，在不考虑损耗的情况 下，当在某些特定频率输入功率，这些输入功率将通过非线性变换后转移到其它新产生的频点 上输出，也就是所有频点上的输入总功率和输出总功率守恒。在参量放大器中，这一关系由门 雷一罗威公式（公式la和1b）确定，式3s为射频微波放大器输入信号角频率，3P为泵浦信号即交流小信号的角频率，Pmn是角频率士（加3s + n&）的谐波分量 流入晶体管的功率，m和n分别为射频微波放大器输入信号和泵浦信号的谐波次数。00518rnPm,n =Q（la）nPrnnPrnma）s+na）p= 0（lb）因此本创造利用阈值电压
39、以下晶体管的强非线性寄生电容和第一电感L形成谐振选频网络，并使得晶体管栅极和源极电容的电容值C和第一电感的电感值L满足条件: 35 =关，同时设置栅极选频网络和漏极选频网络工作于fs = 3/2附近。这样将使得 电路在信号频九附近有增益,从而利用晶体管的非线性电容在工频偏置条件下实现参 量放大。需要注意的是，在图19、20中A所示的工频周期的接近正半周内，图1、图2、图7、图8、 图13、图14所示的电路可以放大工作，因此可以在工频周期的正半周工作。0052如图3、图1、瓯、图10、图15、图16所示是射频微波放大器在工频周期的负半周工作 的电路结构，晶体管的漏极接地，源极连接馈电网络，第一选
40、频网络为栅极选频网络，第二选频 网络为源极选频网络。栅极选频网络的输入端连接射频微波放大器输入信号，其输出端连接 晶体管的栅极；源极选频网络的输入端连接馈电网络中高通支路的输出端，其输出端作为射 频微波放大器的输出端。馈电网络结构与正半周工作电路结构相同，在此不再赘述。0053图3、图1、部、图10、图15、图16所示射频微波放大器的工作过程为：射频微波放大CN 114362693 A说明书8/11 页器输入信号经第一选频网络（即栅极选频网络）在工作频段内进行阻抗匹配后馈入晶体管 的栅极，然后输入小信号在晶体管内被放大，被放大的信号通过馈电网络只能由馈电网络的 高通支路流出，由高通支路流出的信
41、号由第二选频网络（漏极或源极选频网络）进行阻抗匹 配后送出射频微波放大器，同时射频微波放大器的工频驱动由馈电网络的低通支路馈入晶体 管。受晶体管电容/电压特性决定，电路结构仅在工频周期的负半周工作。0054 在如图19、融0中A所示的正弦偏置电压驱动下，当偏置电压VdsV时，此时晶体 管电容/电压特性如图19、地0中C、E所示。当偏置电压处于工频周期的负半周时，栅源电容 Cgs、漏栅电容Cgd或漏源电容Cds呈强非线性，利用阈值电压以下晶体管的强非线性寄生电容 和第一电感L形成谐振选频网络，并使得晶体管栅极和源极电容的电容值C和第一电感的电 感值L满足条件：35 =全，同时设置栅极选频网络和源
42、极选频网络工作于fs = 3/2附 近。这样将使得电路在信号频九附近有增益,从而利用晶体管的非线性电容在工频偏置 条件下实现参量放大。需要注意的是，在图10、图20中C、E所示的工频周期的接近负半周内， 图3、图4、图9、图10、图15、图16所示的电路可以放大工作，因此可以在工频周期的负半周工 作。0055将在工频周期的正半周工作的电路结构和工频周期的负半周工作的电路结构结合， 得到图5、降、图11、图12、图17、图18所示在工频全周期工作的射频微波放大器，包括功率分 配器、功率合成器和两个射频微波放大单元，功率分配器将射频微波放大器输入信号分为两个 信号后分别连接至两个射频微波放大单元的
43、输入端，两个射频微波放大单元分别在工频周期 的正半周和负半周工作，两个射频微波放大单元的输出信号经过功率合成器合为一个后作为 射频微波放大器的输出信号。0056第一个射频微波放大单元在工频周期的正半周工作，其电路结构如图1、图7、 图8、图13、图14所示。利用晶体管寄生栅源电容与第一电感并联时，如图5所示，第一电感L1 连接于晶体管FET1的栅极和源极之间，晶体管FET1的源极接地，漏极连接馈电网络；第一选频 网络为栅极选频网络1,其输入端连接功率分配器的第一个输出端，其输出端连接晶体管 FET1的栅极；第二选频网络是漏极选频网络，其输入端连接高通支路的输出端，其输出端连接功 率合成器的第一
44、个输入端。0057第二个射频微波放大单元在工频周期的负半周工作，其电路结构入图3、图1、励、 图10、图15、图16所示。利用晶体管寄生栅源电容与第一电感并联时，第一电感L2连接于晶体 管FET2的栅极和源极之间，晶体管FET2的漏极接地，源极连接馈电网络；第一选频网络为栅极 选频网络2,其输入端连接功率分配器的第二个输出端，其输出端连接晶体管FET2的栅极；第二 选频网络是源极选频网络，其输入端连接高通支路的输出端，其输出端连接功率合成器的第二个 输入端。0058第一个射频微波放大单元在工频周期的正半周工作，其电路结构如图1、融、图7、 图8、图13、图14所示。利用晶体管寄生栅源电容与第一
45、电感串联时，如图6所示，第一电感L1 连接于栅极选频网络和晶体管FET1的栅极之间，晶体管FET1的源极接地，漏极连接馈电网络; 第一选频网络为栅极选频网络1,其输入端连接功率分配器的第一个输出端，其输出端通过第 一电感L1连接晶体管FET1的栅极；第二选频网络是漏极选频网络，其输入端连接高通支路的输 出端，其输出端连接功率合成器的第一个输入端。CN 114362693 A说明书9/11 页0059第二个射频微波放大单元在工频周期的负半周工作，其电路结构入图3、图1、静、 图10、图15、图16所示。利用晶体管寄生栅源电容与第一电感串联时，如图6所示，第一电感 L2连接于栅极选频网络和晶体管F
46、ET2的栅极之间，晶体管FET2的漏极接地，源极连接馈电 网络；第一选频网络为栅极选频网络2,其输入端连接功率分配器的第二个输出端，其输出端 通过第一电感L2连接晶体管FET2的栅极；第二选频网络是源极选频网络，其输入端连接高通 支路的输出端，其输出端连接功率合成器的第二个输入端。0060 第一个射频微波放大单元在工频周期的正半周工作，其电路结构如图1、融、图7、 图8、图13、图14所示。当晶体管寄生栅漏电容与第一电感并联时，如图11所示，第一电感L1 连接于晶体管FET1的栅极和漏极之间，晶体管FET1的源极接地，漏极连接馈电网络；第一选频 网络为栅极选频网络1,其输入端连接功率分配器的第一个输出端，其输出端连接晶体